20世紀90年代以來，以信息技術為主導的高新技術的迅速發(fā)展，引發(fā)了世界軍事作戰(zhàn)方式的信息化變革，同時也推動了傳統(tǒng)裝備保障向著數(shù)字化、分布式、精確性保障的轉變。尤其在海域爭議日益嚴峻的形勢下，作為空海一體戰(zhàn)重要的作戰(zhàn)武器，艦炮裝備日趨智能化、復雜化，其保障問題的關鍵性和嚴重性也同步增長。傳統(tǒng)的艦炮裝備保障主要有依賴人工服務、保障站點地域分散、保障設備自動化程度較低等特點，將導致保障信息處理緩慢、資源調配與保障嚴重延遲、作戰(zhàn)保障需求無法得到及時滿足等問題。這些均逐漸發(fā)展成為制約艦炮裝備正常發(fā)揮其作戰(zhàn)性能的瓶頸。因此，如何利用現(xiàn)代化信息技術實現(xiàn)艦炮裝備的實時、高效保障是目前迫切需要解決的課題。當前，在裝備保障模式轉變的探索過程中，物聯(lián)網(wǎng)的先進理念和技術在國內(nèi)外的裝備后勤保障領域得到了迅速的發(fā)展與運用，如基于物聯(lián)網(wǎng)技術建立了武器裝備信息化管理系統(tǒng)、配送式后勤保障系統(tǒng)、保障資源的實時智能調配系統(tǒng)等平臺。而云計算技術使用相對集中的計算資源為各種分布式應用提供服務，可以極大地提高物聯(lián)網(wǎng)中計算資源的利用率，降低資源獲取與調度的成本，也被廣泛應用于商業(yè)、醫(yī)學、軍事等領域中ICI。這兩種技術的推出及其應用成果為提高信息化中艦炮裝備的綜合保障能力提供了新的思路—將兩者結合應用于艦炮裝備保障中，從而實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的艦炮裝備“云保障”。
1.相關理論
1.1物聯(lián)網(wǎng)及其關鍵技術
物聯(lián)網(wǎng)概念自1999年提出以來，受到了廣泛關注，被譽為世界信息產(chǎn)業(yè)的第3次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別(RFID )、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。
物聯(lián)網(wǎng)的主要支撐技術包括RFID技術、傳感器網(wǎng)絡技術、智能技術及納米技術等。這些支撐技術可實現(xiàn)對物體的自動識別，對網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中信息的實時感知、采集、傳送和操控，物一物、人一物之間的互聯(lián)互通。依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的概念，物聯(lián)網(wǎng)的基本架構可分為感知層、傳輸層、支撐層和應用層4個部分pol，如圖1所示。感知層主要包括傳感器等數(shù)據(jù)采集設備，負責信息獲取及狀態(tài)辨識；傳輸層主要包括基于ZigBee協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡，對感知層的信息進行接人和傳輸；支撐層主要包括智能處理、海量存儲及管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫等支撐平臺，將海量信息資源整合為一個大型的互聯(lián)互通的智能網(wǎng)絡；應用層主要包括各種服務器人機交互程序，按需構建應用管理平臺和運行平臺，并集成服務內(nèi)容。
圖1 物聯(lián)網(wǎng)的基本架構
Fig. 1 Basic frame of Internet of Things
1.2云計算及其基本架構
云計算是并行計算、網(wǎng)格計算和效用計算等分布式計算技術發(fā)展和融合的產(chǎn)物，是目前主要的計算資源提供方式之一。不僅包括了互聯(lián)網(wǎng)上以服務形式傳遞給用戶的應用，也包括了在數(shù)據(jù)中心中提供這些服務的硬件和軟件，而包含這些軟、硬件的數(shù)據(jù)中心則被稱為云。
相對于網(wǎng)格和數(shù)據(jù)中心這兩種傳統(tǒng)的計算資源提供方法，云計算融人了虛擬化技術，可實現(xiàn)硬件資源的虛擬化管理、高度及應用;在云計算平臺中，所有數(shù)據(jù)及軟件均直接存儲在服務器端(云端)，用戶可以按需求或喜好靈活定制服務及資源，性價比極高，而且能夠提供數(shù)據(jù)備份和自動故障恢復功能，可實現(xiàn)動態(tài)可擴展性及數(shù)據(jù)的高可靠性和安全性。
云計算是物聯(lián)網(wǎng)中支撐層中非常關鍵的支撐平臺，其基本架構主要包括基礎設施層、平臺層及應用層，如圖2所示。這三層模型對應的云計算集合中的子服務分別為基礎架構即服務(IaaS)、平臺即服務(PaaS)和軟件即服務(SaaS )。其中，faaS以服務的形式提供虛擬基礎資源；PaaS提供應用服務引擎；SaaS即指用戶通過網(wǎng)絡按需租用軟件。
圖2 云計算的基本架構與子服務集合
Fig. 2 Basic frame and sub-service set of cloud computing
2.艦炮裝備保障任務分析
艦炮裝備保障的重點是艦炮研制和使用時如何處理與保障有關問題，其目的是在獲得艦炮裝備與其匹配的保障資源的同時建立保障系統(tǒng)，及時形成作戰(zhàn)能力。艦炮裝備保障的研究對象主要是艦炮裝備在平時和戰(zhàn)時所需保障人力和物力及其所構成的保障系統(tǒng)，基本保障任務如圖3所示。
圖3 艦炮裝備基本保障任務
Fig. 3 Basic support missions of naval gun equipment
由圖3可知，艦炮裝備的基本保障任務可歸納為5點。
(1)根據(jù)裝備發(fā)展更新計劃和安排，完成艦炮武器系統(tǒng)交接、退役處理中運輸、質量檢測、評估等技術保障任務。
(2)在有關部門組織下，為部隊裝備使用人員提供技術指導并進行培訓，保證部隊按照艦炮武器系統(tǒng)的特性、編配用途、使用要求和封存動用規(guī)定，正確使用艦炮武器系統(tǒng)。
(3)完成艦炮武器系統(tǒng)的技術檢查維護任務，主要工作為技術狀況檢查和維護修理。
(4)保證艦炮武器系統(tǒng)及時得到所需的保障資源，做好物資的計劃、采購、請領、供應等工作，既保證艦炮武器系統(tǒng)得到所需的物資保障，又不積壓浪費。
(5)其他有關保障任務。為了實現(xiàn)保障的目標，完成保障任務，保障管理人員或管理部門應對保障的管理對象進行決策、計劃、組織、指揮、協(xié)調、控制和實施等。
3.基于物聯(lián)網(wǎng)的艦炮裝備“云保障”架構
建立基于物聯(lián)網(wǎng)的艦炮裝備“云保障”架構的目的是在物聯(lián)網(wǎng)的基礎上建立武器裝備局域網(wǎng)，利用現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)與云計算的先進理論與技術，積極提升艦炮裝備的各個保障單元、要素的互聯(lián)互通能力、信息共享能力及資源合理調配能力，在艦炮裝備、人員、資源和信息之間進行相互感應和智能化無縫連接。
依據(jù)艦炮的保障任務分析，參照物聯(lián)網(wǎng)和云計算的基本架構，建立如圖4所示的基于物聯(lián)網(wǎng)的艦炮裝備“云保障”架構。主要考慮艦炮裝備的如圖3中所示的5方面保障任務。在建立艦炮裝備“云保障”架構時，將這5個保障任務對應的數(shù)據(jù)中心視為5個私有云，即技術保障云、人員培訓云、檢查維護云、保障資源云和保障管理云。在建立武器裝備的物聯(lián)網(wǎng)后，對艦炮進行保障時首先對保障任務中的目標對象以射頻標簽進行標識(人員可通過記錄相關信息的磁卡或身份識別卡進行標識)，然后采用RFID技術通過射頻信號自動識別并獲取相關信息，再通過無線傳感器網(wǎng)絡，對艦炮各保障任務中獲取的大量或海量信息進行實時采集并傳送至相應的保障任務子云中進行處理。同時，通過艦炮裝備物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡層中的廣域網(wǎng)絡通信系統(tǒng)，可以實現(xiàn)保障任務私有云之間及其與總數(shù)據(jù)中心(公有云)端的互聯(lián)互通，實現(xiàn)云端之間的數(shù)據(jù)快速、可靠、安全地傳送，使艦炮保障中艦炮裝備的實體之間、人員之間及實體和人員之間能夠相互進行遠距離、大范圍的通信。通過各云端的處理，負責艦炮裝備各保障任務的子服務器端(如保障資源管理中心、人員培訓管理中心等)及用戶(基層人員或指揮員等)可以隨時、隨地按需查看和管理艦炮裝備任意位置、任意時間的任意狀態(tài)，實現(xiàn)高效的資源調度和基礎設施資源的充分利用。
圖4 基于物聯(lián)網(wǎng)的艦炮裝備“云保障”架構
Fig. 4 Cloud support frame of naval gun equipment based on Internet of Things
4.基于物聯(lián)網(wǎng)的艦炮裝備“云保障”的實施
4.1艦炮裝備保障過程的實時監(jiān)控
艦炮裝備保障過程的主要工作是在現(xiàn)有保障環(huán)境下，滿足對艦炮裝備故障修復和預防性維修過程中所產(chǎn)生的如備件維修、維修設備和服務等方面的各種要求[[14]。艦炮保障過程的基本流程如圖5所示。
圖5 艦炮保障過程的基本流程
Fig. 5 Basic flow of naval gun support process
由圖S艦炮保障過程的基本工作邏輯可知，艦炮保障過程中主要涉及維修請求排隊、檢索維修級別和站點、維修資源請求等待、維修資源調用及記錄管理幾個問題。通過建立基于物聯(lián)網(wǎng)的艦炮裝備“云保障”模式，一方面通過物聯(lián)網(wǎng)的信息互聯(lián)互通、云計算的動態(tài)資源調度f}}等功能，可以縮短維修請求、維修級別和站點檢索、維修資源請求排隊等待的時間，實現(xiàn)艦炮裝備在平時維護及戰(zhàn)場搶修中更加及時、靈敏的調度；另一方面通過對所有維修資源中的物資嵌人射頻標簽，可對艦炮保障資源從物資請領、運輸?shù)浇邮�、儲存和發(fā)放的全程跟蹤管理，并能通過各種狀態(tài)檢測、可視化及同步互通等技術實現(xiàn)對保障過程的實時監(jiān)控；此外，物聯(lián)網(wǎng)中為艦炮裝備安裝的各種傳感器、自動檢測系統(tǒng)等信息化設備，可實現(xiàn)艦炮保障裝備故障自動報警、智能診斷、遠程維修等，保證艦炮裝備平時和戰(zhàn)時保障的低故障率及維修保障的便捷性。
4.2艦炮裝備保障資源的動態(tài)管理
對艦炮裝備保障資源實施動態(tài)管理的目的是使艦炮裝備在各保障任務中實現(xiàn)“適時、適地、適量”的動態(tài)自適應資源保障。在基于物聯(lián)網(wǎng)平臺的艦炮裝備保障中，基層人員、軍代表和戰(zhàn)斗指揮部等用戶對各保障對象的狀態(tài)變化、資源需求變化和資源流通變化等動態(tài)信息，及保障資源的數(shù)、質、時、空等靜態(tài)參數(shù)可得到及時的互通、管理與控制，加之利用云計算平臺的中心數(shù)據(jù)處理等優(yōu)勢，可極大地提高修訂保障資源計劃、協(xié)調保障行動的高效性、準確性與安全性。同時，運用物聯(lián)網(wǎng)中的定位系統(tǒng)和傳感器網(wǎng)絡可以對使用與維修保障人員逐一定位，及時獲取每個人員的保障需求，并實時、有效地解決資源運輸過程中運輸載體的調度和行進路線選擇等諸多問題，有利于提高艦炮保障資源的調配和補給速度，從而實現(xiàn)從起點直達戰(zhàn)斗部隊的“一站式”供給及高效聚能的精確化保障。
5.結論
在物聯(lián)網(wǎng)中利用云計算對大規(guī)模基礎設施的合理調配和高效利用的模式，不僅可為工商業(yè)帶來新的贏利點，還能為艦炮等武器裝備的保障提高閑置資源的利用率，降低成本，并延長基設施更新?lián)Q代的周期。因此，研究基于物聯(lián)網(wǎng)的艦炮裝備“云保障”可有效提高艦炮裝備保障中各個保障單元、要素的互聯(lián)互通能力和信息共享能力，提升保障過程中數(shù)據(jù)處理和資源調度的效率，為實現(xiàn)武器裝備保障過程可視化、保障手段智能化、保障方式精確化、保障人員與資源互通化提供有效途徑。
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